荷載對混凝土耐久性的影響

荷載對混凝土耐久性的影響王挺智、聶忠元、李晨

目前，世界上公布的混凝土耐久性研究中最多的模型，是與腐蝕相關(guān)，多以氯離子引起鋼筋腐蝕為出發(fā)點。許多學者對氯離子傳輸性能和鋼筋腐蝕進行了大量的研究和調(diào)查，絕大部分研究并沒有考慮荷載或裂縫的因素，尤其是沒有考慮因荷載引起的微裂縫影響，很少將氯離子滲透性能與荷載引起的微裂縫或者與荷載本身聯(lián)系起來研究，而實際上的工程結(jié)構(gòu)往往是承受各種荷載作用的，混凝土中總是存在著因各種載荷引起的裂縫或微裂縫。因此，施加在鋼筋混凝土上的荷載對腐蝕介質(zhì)的滲透有重要影響，從而造成對混凝土耐久性的改變。

引言：載荷的分類：

1.均布面荷載Q：建筑物樓面或墻面上分布的荷載，如鋪設(shè)的木地板、地磚、花崗石、大理石面層等重量引起的荷載。都將均布面荷載Q的計算。2.線荷載：建筑物原有的樓面或?qū)用嫔系母鞣N面荷載傳到梁上或條形基礎(chǔ)上時可簡化為單位長度上的分布荷載稱為線荷載q。3.集中荷載：當在建筑物原有的樓面或屋面承受一定重量的柱子，放置或懸掛較重物品(如洗衣機、冰箱、空調(diào)機、吊燈等)時，其作用面積很小，可簡化為作用于某一點的集中荷載。(二)按荷載作用面大小分類

1.永久作用(永久荷載或恒載)：在設(shè)計基準期內(nèi)，其值不隨時間變化;或其變化可以忽略不計。如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)加應(yīng)力、混凝土收縮、基礎(chǔ)沉降、焊接變形等。2.可變作用(可變荷載或活荷載)：在設(shè)計基準期內(nèi)，其值隨時間變化。如安裝荷載、屋面與樓面活荷載、雪荷載、風荷載、吊車荷載、積灰荷載等。3.偶然作用(偶然荷載、特殊荷載)：在設(shè)計基準期內(nèi)可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其值很大，且持續(xù)時間較短。例如爆炸力、撞擊力、雪崩、嚴重腐蝕、地震、臺風等。(一)按隨時間的變異分類

1.靜態(tài)作用或靜力作用：不使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生加速度或所產(chǎn)生的加速度可以忽略不計，如結(jié)構(gòu)自重、住宅與辦公樓的樓面活荷載、雪荷載等。2.動態(tài)作用或動力作用：使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不可忽略的加速度，例如地震作用、吊車設(shè)備振動、高空墜物沖擊作用等。(三)按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類1.垂直荷載：如結(jié)構(gòu)自重、雪荷載等;2.水平荷載：如風荷載、水平地震作用等。(四)按荷載作用方向分類

混凝土是一種由水泥漿將粗細骨料結(jié)合在一起的多相材料，其組織疏松多孔，在混凝土尚未承受荷載時，其內(nèi)部已經(jīng)存在著很多細微的裂縫、空隙和缺陷。當荷載作用時，在有細微裂縫、空隙和微缺陷的地方都會發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，特別是與拉應(yīng)力垂直的細微裂縫尖端，將發(fā)生高度的應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致裂縫擴展。由于被擴展的裂縫是雜亂分散的，不可能集中在幾個斷面上，形成貫通整個保護層的通縫。不過肯定有很多微裂縫在垂直于鋼筋的方向連通了，裂縫的寬度也增大了，氯離子在混凝土中的有效擴散系數(shù)一定會增大。因此，拉應(yīng)力荷載會加速鋼筋銹蝕破壞過程，而且荷載越大，氯離子擴散得越快，銹蝕破壞也越快，對耐久性的影響也就越大。影響機理：將混凝土的組織結(jié)構(gòu)看成類似的海綿，內(nèi)部本身存在著很多細微的裂縫、空隙和缺陷。在外力的作用，海綿內(nèi)部的空隙，裂縫會發(fā)生擠壓形變，而混凝土凝結(jié)以后形變程度非常小，達到一定程度時，結(jié)構(gòu)就會發(fā)生斷裂等破壞。載荷下破壞了原有的結(jié)構(gòu)，造成眾多封閉孔被連接貫通，使得氯離子的擴散更加迅速到達的范圍也更加的廣。而當氯離子通過這些通孔到達剛筋表面時，腐蝕鋼筋，造成整體破壞實驗研究：法國的R．Francois和J．C．MASO采用3點彎曲的方法施加荷載，施加2種水平的荷載，分別對應(yīng)于規(guī)范中要求的含氯離子的腐蝕環(huán)境和非腐蝕環(huán)境中的最大荷載。通過對制作的鋼筋混凝土梁噴灑鹽霧或通入二氧化碳氣體，促進氯離子和二氧化碳的滲透和鋼筋腐蝕，通過研究，發(fā)現(xiàn)氯離子和二氧化碳的滲透與荷載引起的混凝土微觀結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。經(jīng)過12年的觀察，他們進一步發(fā)現(xiàn)，施加在鋼筋混凝土梁上的荷載對腐蝕介質(zhì)的滲透和鋼筋腐蝕有重要影響。鋼筋的應(yīng)力和氯離子擴散系數(shù)存在冪函數(shù)關(guān)系。

造成的事故：1986年3月15日，新加坡的6層新世界酒店在不到60秒時間內(nèi)轟然倒塌，50人被埋在碎石下，最后只有17人生還。這起事故是新加坡在二戰(zhàn)后發(fā)生的最嚴重災(zāi)難。經(jīng)過徹查發(fā)現(xiàn)酒店在最初的設(shè)計上存在嚴重失誤。建筑工程師在設(shè)計時完全忽視了整座大樓的靜負荷，即大樓本身的重量。也就是說，新世界酒店從設(shè)計之初就注定了悲劇命運。1993年8月13日，泰國呵叻府的6層皇家廣場酒店在不到10秒內(nèi)轟然倒地，共造成137人死亡，227人受傷。事故發(fā)生時，這家酒店正在舉行幾場會議和研討會，包括一場大型教師討論會以及泰國一家石油公司的會議。趕到現(xiàn)場后，救援人員使用手提鉆和撬棍展開營救。酒店屋頂為應(yīng)對供水短缺儲存的大量水造成偶然載荷過大是導(dǎo)致坍塌的主要原因。此外，皇家廣場酒店1990年加蓋的3層樓層并未進行適當評估，業(yè)主和一名工程師因此被警方逮捕。感謝大家聽我瞎逼逼如有錯誤請大神指正除了在鋼筋表面進行表面處理外，設(shè)計師在設(shè)計的時候應(yīng)該更多的考慮到載荷對設(shè)計建筑耐久性的影響，譬如設(shè)計減震或者預(yù)留相應(yīng)的富余